DENEYİN AMACI: Cevher hazırlamada kırma, öğütme, eleme ve ayırma kademelerinin incelenmesi, proses parametrelerinin saptanması.

Transkript

1 1. DENEY DENEYİN ADI: CEVHER HAZIRLAMA DENEYİN AMACI: Cevher hazırlamada kırma, öğütme, eleme ve ayırma kademelerinin incelenmesi, proses parametrelerinin saptanması. 1.CEVHER HAZIRLAMADA GENEL TERİMLER Cevher: Doğrudan doğruya veya bazı işlemler sonucu zenginleştirilerek endüstride tüketim yeri bulunabilen ve ekonomik değeri olan bir veya birkaç mineralden oluşmuş kayaçtır. Cevher, metal üretiminin hammaddesini teşkil eder. Değerli mineraller metalik elementleri içermiyorsa cevher tabiri yerine endüstriyel hammadde deyimi kullanılır. Mineral: Mineral doğal şekilde oluşan homojen, belirli kimyasal bileşime sahip ve belirli bir kristal öz yapıları olan inorganik kristalleşmiş katı bir cisimdir. Konsantre: Cevher hazırlama veya zenginleştirme işlemleri sonucunda oluşan ve ham cevherden ayrıştırılması hedeflenen minerallerin zenginleştirilmesi yöntemiyle elde edilen ürüne denir. Tenör: :Bir cevher içerisindeki metal yüzdesidir. 2.CEVHER HAZIRLAMA (ZENGİNLEŞTİRME) Tabiatta bulunan düşük tenörlü cevherin içerisindeki ana metal mineralinin yüzdesinin yükseltilmesi işlemidir. Ana metal minerali ile gang minerallerinin farklı özelliklerinden yararlanılarak mineraller birbirinden kısmen ayrılarak cevher hazırlama veya zenginleştirme işlemi ile gerçekleştirilir. Cevher hazırlama ekonomik ve teknolojik sebeplerden dolayı uygulanır. a) Cevher Hazırlamayı Gerektiren Teknolojik Nedenler Bazı cevherlerin, teknolojik olarak üretilebilmesi için belli koşulları (tane boyutu, tenör ve element içeriği) sağlaması gerekmektedir. Bu koşullara örnekler aşağıda verilmiştir. 1

2 Örnek 1. Cam yapımında kuvars kumu için; 0,1 mm< Tane Boyutu< 0,5 mm ve %Fe 2 O 3 <%0,05 olmalıdır. Örnek 2. Pik demir üretiminde kullanılan demir cevheri için; 10 mm< Tane Boyutu< 100 mm olmalıdır. Bunun için kırma, öğütme ve sinterleme-peletleme uygulanmaktadır. Ayrıca %P ve %Na 2 O+K 2 O<%0,1 olmalıdır. Örnek 3. Manyezit cevherinden yüksek kalitede kalsine Manyezit veya sinter Manyezit üretebilmek için; %SiO 2 <%0,5 ve 2 mm< Tane Boyutu<30 mm olmalıdır. b) Cevher Hazırlamayı Gerektiren Ekonomik Nedenler Temel olarak iki neden vardır: a) Ocaklardan üretildiği şekilde ekonomik olmayan bir cevherin ekonomik duruma getirmek, (Örneğin, %5 Pb içeren bir cevherden doğrudan kurşun metal üretmek hiçbir zaman ekonomik değildir. Cevher hazırlama işlemleri ile kurşun tenörü %60 a çıkarılarak ekonomiklik sağlanır.) b) Ocaklardan üretildiği şekilde ekonomik olan bir cevherin ekonomikliğini daha da arttırmak. (Örneğin, %50 Fe içeren bir cevherden doğrudan pik demir üretmek ekonomik olmaktadır fakat demir tenörünün %50 nin üstüne çıkarılması ekonomikliği daha da arttırır.) 2.1 CEVHER HAZIRLAMA İŞLEMLERİ KIRMA : Kırıcılar yardımı ile yapılan kaba boyut küçültmedir. Kaba Kırma (ortalama 100 mm tane boyutu) ve İnce Kırma(1-10 mm tane boyutu) olmak üzere iki aşamada uygulanır. ÖĞÜTME : Öğütücüler yardımı ile yapılan ince boyut küçültmedir.(0,1 mm tane boyutu altı) ELEME : Elekler yardımı ile yapılan boyut tasnifidir. AYIRMA : Minerallerin yoğunluk, manyetik, elektriksel ve yüzey özelliklerinden yararlanılarak kısmen birbirinden ayrılmasıdır. 2

3 2.1.1 KIRMA Kırma, boyut küçültme işleminin ilk aşamasıdır. Cevherin içerdiği farklı minerallerin birini diğerinden serbest hale getirmek, prosese uygun boyut ya da yüzey alanı veya kullanım amacına uygun boyut sağlamak amacı ile yapılmaktadır. Kırmada uygulanan kuvvetler; darbe, sıkıştırma veya ezme, kesme ve sürtünme kuvvetleridir. Kırma işlemi için kullanılan cihazlar kırıcı olarak adlandırılır. Tanelere baskı, darbe ve kesme kuvveti uygulayarak onları daha küçük tane boyutlarına indiren mekanik araçlardır. Kırma makinaları özellikle ürün özellikleri, makina maliyetleri ve enerji kullanımı gibi dizayn özellikleri açısından bir gelişim içindedir. Bu nedenle çok çeşitli şekil, yapı ve boyutlarda makinalar cevher hazırlama işlemlerinde kullanılmaktadır. Kırma cm arasındaki tane boyutlarına uygulanmaktadır cm arasında yapılan kırmaya iri kırma; cm arasında yapılan kırmaya ise ince kırma adı verilmektedir. Çeneli, konili, merdaneli ve çekiçli kırıcılar cevher hazırlama tesislerinde en yaygın olarak kullanılan kırıcı tipleridir. 3

4 İstenilen boyuta kırılmış malzemenin kırma devrelerinden alınması ya da malzemenin boyuta göre sınıflandırılmasında; uygulanan prosese, cevherin yapısına, boyutuna, fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre değişik elekler kullanılır. Bunlar; elek yüzeyinin yapısına göre saç, tel örgülü ve paralel çubuklu elekler; çalışma şekline göre hareketsiz (sabit ızgara ve sabit kavisli elek) ve hareketli (hareketli ızgara, döner elekler, sallantılı elekler ve titreşimli elekler) olarak sınıflandırılmaktadır ÖĞÜTME Öğütme, kırma sonrası boyut küçültme işleminin son aşamasıdır. Cevherin içerdiği farklı minerallerin birini diğerinden serbest hale getirmek, prosese uygun boyut ya da yüzey alanı veya kullanım amacına uygun boyut sağlamak amacı ile yapılmaktadır. Öğütmede uygulanan kuvvetler; darbe, sıkıştırma veya ezme, kesme ve sürtünme kuvvetleridir. Öğütme işlemi için kullanılan cihazlar değirmen olarak adlandırılır. Değirmenler, öğütme devrelerinde, öğütülecek cevhere ve öğütme sonrası istenilen ürünün boyutuna göre seçilir. Bilyalı, çubuklu, otojen ve valsli değirmenler cevher hazırlama tesislerinde en yaygın olarak kullanılanlarıdır. Öğütme, prosesin akışına ve cevherin durumuna göre yaş ya da kuru olarak yapılır. Öğütme şekline göre, sistemdeki sınıflandırıcı ve diğer proses makinaları seçilir. Kuru öğütme, yaş öğütme ile karşılaştırıldığında yaklaşık 1.3 kat daha fazla güç gerektirir. İstenilen boyuta öğütülmüş malzemenin öğütme devrelerinden alınması ya da malzemenin boyutuna göre sınıflandırılmasında; uygulanan prosese, cevherin yapısına, boyutuna, fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre değişik sınıflandırıcılar kullanılır. Bunlar; hidrosiklonlar, mekanik sınıflandırıcılar (spiral sınıflandırıcılar, taraklı sınıflandırıcılar, katı merkezkaç sınıflandırıcılar), havalı sınıflandırıcılar olarak bilinmektedirler ELEME Eleme katı bir malzeme karışımını elekler kullanarak farklı boyutlardaki bileşenlerine ayırma işlemidir. Eleme işleminde kullanılan elekler büyüklüklerine göre sınıflandırılırken "mesh numarası" kavramı kullanılır. Mesh numarası bir elekte birim alan (inç 2 veya mm 2 ) başına düşen delik sayısını göstermektedir. Eleme ile elek altı ve elek üstü olmak üzere iki ürün elde edilir. Endüstriyel elekler elemenin yapıldığı yüzeyin sabit veya hareketli olmasına göre "sabit elekler" ve "hareketli elekler" olmak üzere iki ana bölüme ayrılır. Sabit eleklerin en basit şekli ızgaralardır. Izgaralar büyük boyutlu malzemelere en uygun olan tiptir. Genellikle eğik olarak yapılırlar ve üzerlerindeki malzemenin aşağı doğru inerken 4

5 ızgara aralıklarından düşen parçaların ızgara üstünde kalandan ayrılmasını sağlarlar. Hareketli eleklerde tıkanmayı azaltmak amacıyla ızgaralara çeşitli hareketler verilmektedir. Bu hareketler ile malzeme hem bir yöne doğru itilir hem de eleme kolaylaştırılmış olur DENEYİN YAPILIŞI Parçacık boyut dağılımı incelenecek karışımı tartınız ve ağırlığını kaydediniz. Huni yardımıyla tarttığınız karışımı çeneli kırıcıya koyunuz. Çeneli kırıcıyı çalıştırarak kırma işlemini gerçekleştiriniz. Kırılan parçacıkları kırıcıdan çıkardıktan sonra ikiye ayırarak tekrar tartınız ve ağırlıklarını kaydediniz. Toplam kırılmış malzeme miktarını kaydediniz. Elekleri mesh numaralarına göre büyükten küçüğe doğru üst üste sıralayınız. Hazırladığınız elek setini, elek sallama makinasına yerleştiriniz. Elek setinin en üstündeki eleğe kırılmış olan parçacıkların ilk kısmını koyunuz. Elek setinin vidalarını sıkıştırınız ve üstteki eleğin kapağını kapatınız. Elek sallama makinasını on dakika süreyle çalıştırarak, eleme işlemini gerçekleştiriniz. Elek setini makinadan alarak, her elekte kalan malzeme miktarını Çizelge 1.1'e kaydediniz. Toplam elenmiş madde miktarını Çizelge 1.1'e kaydediniz. Elekleri temizleyiniz. Deney düzeneğini temizleyiniz. 5

6 HESAPLAMALAR Elek analizinin sonuçları, aşağıdaki çizelgeye kaydedilir. Çizelge 1.1 Elek analizi verileri ve hesaplamaları Elek Çapı (mm) Tane sınıf ağırlığı gr % gr Kümilatif eleküstü % gr Kümilatif elekaltı % gr ,2-11, ,6-5,6 3,35-3,35 2,36-2, Toplam Yapılan elek analizine göre Kümilatif eleküstü ve Kümilatif elekaltı eğrilerini çiziniz. Çizilen iki eğrinin kesişim noktasından ortalama tane boyutunu tespit ediniz. Teorik ortalama tane boyutunu aşağıdaki formül ile bulup, eğrilerin kesişim noktasından bulunan ve teorik olarak hesaplanan ortalama tane boyutlarını kıyaslayınız. Teorik ortalama tane boyutu; X=Elek açıklığı veya çapı (tane boyutu ile aynıdır) M=% tane sınıf ağırlığı 6

7 2. DENEY DENEYİN ADI: FLOTASYON DENEYİN AMACI: Flotsayon yöntemi ile PbS cevherinden gang minerallerinin uzaklaştırılması. 1.FLOTASYON Flotasyonun kelime anlamı yüzdürmektir. Cevher hazırlamada ise flotasyon, bir cevherin içindeki çeşitli minerallerden bazılarını su yüzüne çıkararak suyun dibinde kalan diğer minerallerden ayırma yöntemidir. Bu işlemde minerallerin yüzey özelliklerindeki farklılıklardan yararlanılarak ayırma yapılır. Partiküllerin ıslanabilmesi, flotasyon, aglomerasyon, katı-sıvı ayırımı ve tozun bastırılması gibi pek çok teknolojik prosesi etkileyen önemli parametrelerden biri olduğu bilinmektedir. Katı, sıvı ve gaz fazlarından oluşan flotasyon sisteminde katı faz, sıvıya göre gaz fazını tercih ediyorsa, katıya sıvıyı sevmeyen (hidrofob), gaza göre sıvı fazı tercih ediyorsa, sıvıyı seven (hidrofilik) denir. Hidrofob mineraller düşük yüzey enerjili minerallerdir (kömür, grafit, kükürt, talk...). Katıların ıslanabilirliği/hidrofobluğu ve yüzebilirliği katı-su ve katı-su buharı ara yüzeyleri, kimyasal bağlar, bulk özellikleri, katıların kristal yapısı ve katının su ile reaksiyona girebilmesi gibi özellikler açısından incelenmiştir. Katı, sıvı ve hava üçlü sisteminde yüksek temas açısı (θ) katının sıvı tarafından ıslatılmasının minimum olduğu anlamına gelir. Katı, sıvı, hava üçlü sistemindeki kuvvetler Şekil 1 de görüldüğü gibidir. Üçlü fazın dengede olduğu durum Young Eşitliği ile ifade edilmektedir. 7

8 Şekil 1. Katı, sıvı, hava üçlü sistemindeki kuvvetler ve Young Eşitliği Minerallerin veya katıların ıslanma ve yüzebilme karakterlerini deneysel ve ampirik olmak üzere pek çok yöntemle tayin etmek mümkündür. Bu tekniklerden elde edilen sayısal değere sahip parametre kritik ıslanma yüzey gerilimi, γc dir. Bu γc değerinden düşük sıvı yüzey gerilimlerinde mineral bu çözelti tarafından tamamıyla ıslanmak suretiyle hidrofobluk veya yüzebilirlik özelliğini kaybeder. İyi bir temas açısının (katı-sıvı-hava ara yüzeyleri arasında), yani θ>0 olması için kullanılan sıvının yüzey geriliminin (γ SH ) mineralin γc değerinden büyük olması gerekmektedir. Bu da flotasyonun başarılı olmasını gerektiren koşullardan birincisidir. Düşük yüzey enerjili mineraller (γc<72 din/cm), Kritik Islanma Yüzey Enerjilerinden (γc) daha düşük yüzey enerjili sıvılar tarafından ıslatılırlar. Flotasyon sisteminde iki katının selektif olarak ayrılması katılardan birinin flotasyon çözeltisi tarafından kısmen ıslatılırken veya hiç ıslanmazken diğer katının çözelti tarafından tamamen ıslatılmasına dayanır (θ=0 hali). Kısmen ıslanan katı, hava kabarcığına tutunarak yüzer. Minerallerin veya katıların hidrofobluğunu, dolayısı ile ıslanmadığını ve iyi flotasyonu tayin eden γc değerinin eldesi için kullanılan birçok teknikten en çok kullanılan iki tanesi "temas açısı ölçümü yöntemi" ve "flotasyon yöntemidir". Flotasyonun cevher hazırlamada uygulama alanları şunlardır; Metalik cevherlerin flotasyonu Metalik olmayan cevherlerin flotasyonu Katı yakıtların temizlenmesi 8

9 Flotasyonun avantajları şunlardır; Çok ince taneli cevherlerin zenginleştirilebilmesi Kompleks cevherlerin zenginleştirilmesi Sonuç ürün tenorunun istenildiği gibi kontrol edilmesi Flotasyon ile zenginleştirmede minerallerin yoğunluk farkının önemli olmaması. Flotasyonun dezavantajları şunlardır; Gravite ve manyetik ayırma yöntemlerine göre pahalı olması Bazen cevheri aşırı öğütmek gerektiği için şlamda metal kaybının fazla olması ve öğütme giderlerinin artması Çevre kirliliğine neden olması 1.1. Flotasyonda Kullanılan Reaktifler Flotasyonda istenilen minerali veya minerallerin yüzdürülmesi veya bastırılması amacıyla flotasyon ortamına çeşitli reaktifler eklenir. Bu reaktifleri aşağıdaki gibi sıralamak mümkündür. Kollektörler (Toplayıcılar): Yüzdürülmesi istenen mineral veya minerallerin yüzeylerine adsorplanmak suretiyle yüzey özelliklerini değiştirerek onlara hidrofob (suyu sevmeyen) özellik kazandıran kimyasal maddelerdir. Köpürtücüler: Flotasyon devrelerinde özel olarak köpük meydana getiren kimyasal maddelerdir. Köpükleştiricilerin temel hedefi yeterli hacim ve dayanıklılıkta bir köpük oluşturabilmektir. Flotasyon hücresinden çıktıktan sonra ise kolayca patlayabilmelidir. Kontrol Reaktifleri: Flotasyon şartlarını ayarlamakta kullanılan reaktiflerdir. i) Bastırıcı Reaktifler: Flotasyonda yüzmesi istenmeyen mineral veya minerallerin bastırılması amacıyla kullanılan reaktiflerdir. Bu reaktifler mineral yüzeyine kollektör adsorpsiyonunu azaltırlar. ii) Aktifleştirici (Canlandırıcı) Reaktifler: Mineral veya minerallerin yüzeylerine kollektör adsorpsiyonunu arttıran reaktiflerdir. iii) Diğer Kontrol Reaktifleri: Bu gruptaki reaktifler; suyun sertliğini gideren, flotasyona zararlı iyonları bağlayan, pülp içinde bazı minerallerin flokülasyonunu ve bazı minerallerin de dispersiyonunu sağlayan reaktiflerdir. 9

10 1.2. Flotasyon Makineleri Flotasyon makinaları genellikle seri halinde birbirini takip eden hücrelerden (selül) oluşmuştur. Her hücre bir evvelki hücrenin artığını alarak flotasyon işlemine tabi tutar. Her hücre arasında artığın geçebilmesi için bir bağlantı veya ara yerlerinde de artık akış plakası bulunur. Hücre içindeki pülpe hava girişi ve pülpün karıştırılması için üç şekilde gerçekleşir; a) Kendi kendine havalandırılmalı mekanik hücre (Ajitasyon) b) Hava üflemeli mekanik karıştırmalı hücre (Sub-aerasyon) c) Hava üflemeli, hava ile karıştırılmalı hücre (Pnömatik) Bu özellikler, değişik tipteki hücrelerin yapımında esas alınmaktadır. Halen endüstride en çok kullanılan hücre tipleri Danver, Fagergren, Humbold, Massco gibi firmaların imal ettiği kendi kendine havalandırılmalı mekanik hücre tipleridir. Şekil 2. Danver flotasyon makinesi 2. KULLANILAN CİHAZLAR VE MATERYALLER Denver Flotasyon Makinesi Pipet, Piset, Emaye Kaplar Terazi Reaktifler (Toplayıcı, Köpürtücü) Deney Numunesi (İnce Galen Cevheri) 10

11 3. DENEYİN YAPILIŞI -200 μm tane boyutundaki 200 gr galen cevheri tartılıp, flotasyon selülünün hacmine bağlı olarak %20 katı oranı olacak şekilde ayarlanır. Selül, flotasyon makinesine yerleştirilerek makine çalıştırılır ve pülp karıştırılır. Pülpe 5 dakika boyunca karıştırma işlemi yapılarak kondisyon verilir. Galen cevheri için kullanılan uygun kollektör, pülpe 1-2 damla katılarak karıştırma işlemine 5 dakika daha devam edilir. Yüzeyleri hidrofob hale gelmiş minerallerin yüzdürülmesi için ortama köpük oluşumunu sağlayan köpük yapıcı, 1 damla eklenir. Köpük yapıcı eklendikten sonra 1-2 dakika daha kondisyon verilir. Son kondisyon süresi sona erdikten sonra flotasyon cihazının hava giriş musluğu açılarak pülpe hava verilir. Yüzeyi hidrofob hale gelmiş olan mineral veya mineraller hava kabarcığına yapışarak köpük halinde yüzeyde toplanırlar. Köpükler yüzeyden sıyrılarak ayrı bir kapta konsantre olarak toplanır ve yüzdürülecek mineralin yeteri kadarı yüzdürüldükten sonra işlem sonlandırılır. Bu alınan köpük konsantresi gerektiğinde birkaç defa tekrar tekrar yüzdürülerek temizleme yapılır. Bu sayede temiz konsantre ve ara ürünler elde edilir. Selülde kalan malzeme artığı oluşturur. 4. SONUÇLARIN ALINMASI Elde edilen konsantre süzülüp kurutulduktan sonra ayrımın ne kadar gerçekleştiği gözlemlenir. 5. HESAPLAMA Toplayıcı reaktif çözelti halinde gr/ton, köpürtücüler ise gr/ton mertebesinde kullanılır. Deneylerde kullanılacak hammadde miktarına göre reaktiflerin kullanım miktarları hesaplanarak not alınır. 11

12 6. SONUÇ Başlangıç ve sonuç numune karşılaştırılarak ayrım gözlemlenir. 7. RAPORDAN İSTENENLER 1-Cevher hazırlamanın nedenleri ve cevher hazırlamadaki işlemler (kırma, öğütme, eleme, ayırma) hakkında kısaca bilgi verilecektir. 2-Flotasyon ve flotasyonda kullanılan reaktifler kısaca açıklanıp flotasyon deney prosedürü anlatılacak ve yorumlanacaktır. 3-Elek analizi hesabı tabloya yapılıp tablodaki verilere dayanarak kümilatif eleküstü ve kümilatif elekaltı eğrileri Logaritmik Kağıda çizilip, bu eğriler yardımıyla ortalama tane boyutu bulunacaktır. Eğriler yardımıyla elde edilen ortalama tane boyutu ile teorik olarak hesaplanan tane boyutu kıyaslanacaktır. Raporu Yazarken Aşağıdaki Hususlara Dikkat Ediniz; 1-Rapor yazılırken standart deney raporu şablonu kullanılacaktır(wap sayfamda mevcut). 2-Raporun tamamı elle yazılacaktır. 3-Rapor, önlü arkalı yazılmak suretiyle hazırlanacak ve poşetsiz olarak tek yaprak olarak verilecektir. 4-Raporun tek yaprağı geçmesi halinde, SADECE Elek Analizi Tablosu ve bu tabloya ait logaritmik kağıda yapılmış olan çizim ayrı bir sayfa olarak verilebilir. 8. KAYNAKLAR [1] YİĞİT E. Cevher Hazırlama ve Zenginleştirme [2] KAYTAZ Y., Cevher Hazırlama, İTÜ Maden Fakültesi, 1990 [3] ERGUNALP F. Cevher hazırlama prensipleri, İstanbul Teknik Üniversitesi Yayınları, 1959 [4] [5] Zeki ÇİZMECİOĞLU, Üretim Metalürjisi Prensipleri Ders Notları, YTÜ, 2008 [6] [7] [8] [9] Metalürji Üretim Proses Laboratuvarı Dersi Deney Föyleri 12